Inleiding

Toegang tot de wereld van professionele audio- en muziekproductie is tegenwoordig relatief eenvoudig. Het enige wat je hoeft te doen is een digitaal audio workstation (DAW) downloaden en aan je nieuwe project beginnen. Vaak doen deze DAW's het meeste werk zelf en creëren ze de perfecte creatieve omgeving voor je audioproject.

Als u echter dieper gaat graven in de mogelijkheden van uw software, zult u zich realiseren dat er audio-instellingen zijn die u kunt aanpassen om de kwaliteit van uw inhoud te verbeteren. Een van die instellingen is ongetwijfeld de bemonsteringsfrequentie.

Weten wat sample rates zijn en welke rate de beste is voor uw project is een fundamenteel aspect van audioproductie. Een die de kwaliteit van uw creaties drastisch kan veranderen. Er is geen one-size-fits-all antwoord als het gaat om sample rate. Afhankelijk van de content die u tot leven brengt, zult u de geschikte instellingen moeten kiezen om optimale resultaten te garanderen.

In dit artikel leg ik uit wat sample rate is, waarom het essentieel is en welke sample rate je moet gebruiken als je een muziekproducer bent, een geluidstechnicus die in video werkt of een voice-over acteur.

Het zou onmogelijk zijn het belang van sample rate uit te leggen zonder een overzicht te geven van het menselijk gehoor en hoe audio wordt omgezet van analoog naar digitaal. Daarom begin ik het artikel met een korte introductie van deze onderwerpen.

Dit is een complex onderwerp en vrij technisch. Ik zal proberen het zo eenvoudig mogelijk te houden, maar een basiskennis van audiofrequenties en hoe geluid zich door de ruimte verplaatst, kan helpen. Dit artikel kan een beginner ook helpen bij het kiezen van de optimale opstelling voor zijn opnamesessies.

Laten we erin duiken!

Een paar dingen over het menselijk gehoor

Voordat we ons verdiepen in de fijne kneepjes van sample rates, wil ik een paar dingen verduidelijken over hoe we geluiden horen en interpreteren. Dit helpt ons te begrijpen hoe geluiden worden opgenomen en gereproduceerd. Dit geeft je de informatie die je nodig hebt om het belang van de sample rate te benadrukken.

Geluid verplaatst zich in golven door de lucht. Wanneer een geluidsgolf de gehoorgang binnenkomt en het trommelvlies bereikt, gaat dit trillen en stuurt het deze trillingen naar drie kleine botjes, de malleus, de incus en de stapes.

Het binnenoor zet trillingen om in elektrische energie. De hersenen interpreteren vervolgens het signaal. Elk geluid trilt op een specifieke sinusfrequentie, waardoor het uniek is als een sonische vingerafdruk. De frequentie van een geluidsgolf bepaalt de toonhoogte.

Mensen nemen de frequentie van geluidsgolven waar als toonhoogte. We kunnen geluiden horen tussen 20 en 20.000 Hz en zijn het gevoeligst voor frequenties tussen 2.000 en 5.000 Hz. Naarmate we ouder worden, verliezen we het vermogen om naar hogere frequenties te luisteren. Sommige dieren, zoals dolfijnen, kunnen frequenties tot 100.000 Hz horen; andere, zoals walvissen, kunnen infrasone geluiden tot 7 Hz horen.

Hoe langer de golflengte van hoorbaar geluid, hoe lager de frequentie. Zo kan een laagfrequente golf met een golflengte tot 17 meter overeenkomen met 20 Hz. Omgekeerd kunnen de golven met de hoogste frequentie, tot 20.000 Hz, zo klein zijn als 1,7 centimeter.

Het voor mensen hoorbare frequentiebereik is beperkt en duidelijk gedefinieerd. Daarom richten audio-opname- en afspeelapparatuur zich op het vastleggen van geluiden die menselijke oren kunnen horen. Alle opgenomen geluiden die u hoort, van uw favoriete cd's tot veldopnamen in documentaires, zijn gemaakt met apparatuur die geluiden die mensen kunnen horen nauwkeurig vastlegt en reproduceert.

Technologie is geëvolueerd op basis van onze auditieve mogelijkheden en behoeften. Er is een breed scala aan frequenties die onze oren en hersenen niet registreren, omdat de evolutie heeft bepaald dat ze niet nodig zijn om te overleven. Toch beschikken we tegenwoordig over audio-opnameapparatuur waarmee we geluiden kunnen opnemen die zelfs het meest getrainde menselijke oor niet zou kunnen herkennen.

Zoals we hieronder zullen zien, blijkt dat frequenties die we niet kunnen horen toch van invloed kunnen zijn op de frequenties binnen ons hoorbare bereik. Het is dus in zekere zin essentieel om daar rekening mee te houden als je audio opneemt. Aan de andere kant is het nog maar de vraag of het opnemen van frequenties buiten ons hoorbare spectrum van invloed is op de geluidskwaliteit.

De bemonsteringsfrequentie speelt een rol wanneer we een analoog signaal (natuurlijke) audio omzetten in digitale gegevens zodat onze elektronische apparaten het kunnen verwerken en weergeven.

Analoge audio omzetten naar digitale audio

Om een geluidsgolf om te zetten van analoog naar digitaal is een recorder nodig die natuurlijke geluiden kan omzetten in gegevens. Daarom is de overgang van analoge golfvormen naar digitale informatie een noodzakelijke stap wanneer u audio opneemt op uw PC via een digitaal audio werkstation.

Bij het opnemen worden specifieke kenmerken van een geluidsgolf, zoals het dynamisch bereik en de frequentie, vertaald in digitale stukjes informatie: iets wat onze computer kan begrijpen en interpreteren. Om een originele golfvorm om te zetten in een digitaal signaal, moeten we de golfvorm wiskundig beschrijven door een grote hoeveelheid "momentopnamen" van deze golfvorm te maken totdat we de amplitude ervan volledig kunnen beschrijven.

Deze momentopnamen worden sample rates genoemd. Ze helpen ons de kenmerken te identificeren die de golfvorm bepalen, zodat de computer een digitale versie van de geluidsgolf kan namaken die precies (of bijna) klinkt als het origineel.

Dit proces van omzetting van het audiosignaal van analoog naar digitaal kan worden uitgevoerd door een audio-interface. Zij verbinden muziekinstrumenten met uw PC en DAW, en recreëren de analoge audio als een digitale golfvorm.

Net als bij de framerate voor video's geldt: hoe meer informatie, hoe beter. In dit geval geldt: hoe hoger de sample rate, hoe meer informatie we hebben over een bepaalde frequentie-inhoud, die dan perfect kan worden omgezet in bits informatie.

Nu we weten hoe we onze digitale audiowerkstations moeten gebruiken om geluiden op te nemen en te bewerken, is het tijd om het belang van de bemonsteringsfrequentie te bekijken en te zien hoe die de geluidskwaliteit beïnvloedt.

Sample Rate: een definitie

Eenvoudig gezegd is de bemonsteringsfrequentie het aantal keren per seconde dat audio wordt bemonsterd. Bij een bemonsteringsfrequentie van 44,1 kHz wordt de golfvorm bijvoorbeeld 44100 keer per seconde vastgelegd.

Volgens het Nyquist-Shannon theorema moet de sample rate minstens twee keer de hoogste frequentie zijn die je wilt vastleggen om een audiosignaal nauwkeurig weer te geven. Wacht, wat?

In een notendop: als je de frequentie van een geluidsgolf wilt meten, moet je eerst de volledige cyclus ervan identificeren. Deze bestaat uit een positieve en negatieve fase. Beide fasen moeten worden gedetecteerd en bemonsterd als je de frequentie nauwkeurig wilt vastleggen en opnieuw wilt creëren.

Door de standaard sample rate van 44,1 kHz te gebruiken, neem je perfect frequenties op die iets hoger liggen dan 20.000 Hz, het hoogste frequentieniveau dat mensen kunnen horen. Dit is ook de reden waarom 44,1 kHz nog steeds wordt beschouwd als de standaard kwaliteit voor CD's. Alle muziek die je op CD beluistert heeft deze standaard sample rate.

Waarom dan 44,1 kHz en niet 40 kHz? Omdat, wanneer het signaal wordt omgezet naar digitaal, de frequenties boven de voor mensen hoorbare frequenties worden uitgefilterd door een laagdoorlaatfilter. De extra 4,1 kHz geeft het laagdoorlaatfilter voldoende ruimte, zodat het de hoge frequenties niet beïnvloedt.

Met een hogere sample-rate van 96.000 Hz krijgt u een frequentiebereik tot 48.000 Hz, ver boven het menselijk gehoorspectrum. Tegenwoordig kan muziekopnameapparatuur van goede kwaliteit met een nog hogere sample-rate van 192.000 Hz opnemen, waardoor audiofrequenties tot 96.000 Hz worden vastgelegd.

Waarom kunnen we zulke hoge frequenties opnemen als we ze in de eerste plaats niet kunnen horen? Veel audioprofessionals en technici zijn het erover eens dat frequenties boven het hoorbare spectrum toch een invloed kunnen hebben op de algemene geluidskwaliteit van een opname. De subtiele interferentie van deze ultrasone geluiden kan, als ze niet correct worden opgevangen, een vervorming veroorzaken die de frequenties verstoortbinnen het spectrum 20 Hz - 20.000 Hz.

Naar mijn mening is de negatieve invloed van deze ultrasone frequenties op de algemene geluidskwaliteit verwaarloosbaar. Toch is het de moeite waard om het meest voorkomende probleem dat u kunt tegenkomen bij het opnemen van geluiden te analyseren. Het zal u helpen beslissen of het verhogen van uw sample rate de kwaliteit van uw opnamen zou verbeteren.

Aliasing

Aliasing is een verschijnsel dat optreedt wanneer het geluid niet correct wordt geherinterpreteerd door de gebruikte sample-rate. Het is een belangrijk probleem voor geluidsontwerpers en geluidstechnici. Daarom kiezen velen van hen voor een hogere sample-rate om het probleem te vermijden.

Wanneer hogere frequenties te hoog zijn om door de bemonsteringsfrequentie te worden opgevangen, kunnen ze worden weergegeven als lagere frequenties. Dit komt doordat elke frequentie boven de Nyquist-frequentiegrens (die, als u op 44,1 kHz opneemt, 2.050 Hz zou zijn), het geluid achteruit zal weerkaatsen en een "alias" wordt van lagere frequenties.

Een voorbeeld kan dit fenomeen verduidelijken: als u audio opneemt met een sample rate van 44.100 Hz en tijdens de mixfase effecten toevoegt die de hogere frequenties opdrijven tot 26.000 Hz, dan zou de extra 3.950 Hz terugkaatsen en een audiosignaal van 18.100 Hz creëren dat de natuurlijke frequenties zou verstoren.

De beste manier om dit probleem te voorkomen is het gebruik van hogere sampling rates op je digitale audio workstation. Op die manier zorg je ervoor dat frequenties boven de 20.000 Hz correct worden opgevangen. Vervolgens kun je ze gebruiken als dat nodig is.

Er bestaan ook laagdoorlaatfilters die frequenties boven de Nyquist-frequentiegrens weglaten en zo voorkomen dat aliasing optreedt. Ten slotte is upsampling via speciale plug-ins ook een geldige optie. Het CPU-gebruik zal veel hoger zijn dan voorheen, maar aliasing zal minder snel optreden.

De meest voorkomende bemonsteringsfrequenties

Hoe hoger de bemonsteringsfrequentie, hoe nauwkeuriger de geluidsweergave. Lagere bemonsteringsfrequenties betekenen minder monsters per seconde. Met minder audiogegevens zal de geluidsweergave tot op zekere hoogte bij benadering zijn.

De meest voorkomende bemonsteringsfrequenties zijn 44,1 kHz en 48 kHz. 44,1 kHz is de standaardfrequentie voor audio-cd's. In films wordt doorgaans 48 kHz audio gebruikt. Hoewel beide bemonsteringsfrequenties het volledige frequentiespectrum van het menselijk gehoor nauwkeurig kunnen weergeven, kiezen muziekproducenten en technici vaak voor hogere bemonsteringsfrequenties om hi-res opnames te maken.

Bij het mixen en masteren van muziek, bijvoorbeeld, is het essentieel om zoveel mogelijk gegevens te hebben en elke frequentie vast te leggen, die de technici kunnen gebruiken om het perfecte geluid te leveren. Hoewel deze ultrasone frequenties niet hoorbaar zijn, werken ze toch op elkaar in en creëren ze intermodulatievervorming die duidelijk hoorbaar is.

Dit zijn de opties als u hoge bemonsteringsfrequenties wilt onderzoeken:

• 88,2 kHz

  Zoals ik al eerder zei, manipuleren en beïnvloeden frequenties die mensen niet kunnen horen toch de hoorbare. Deze sample rate is een uitstekende optie voor het mixen en masteren van muziek. Het produceert minder aliasing (geluiden die niet correct kunnen worden weergegeven binnen de gebruikte sample rate) bij het omzetten van digitaal naar analoog.

• 96 kHz

  Net als 88,2 kHz is het opnemen van muziek op 96 kHz ideaal voor mixen en masteren. Zorg er wel voor dat uw computer dit aankan, want elke opname vergt meer verwerkingskracht en opslagruimte.

• 192 kHz

  Moderne audio-interfaces van studiokwaliteit ondersteunen bemonsteringsfrequenties tot 192 KHz. Dit is vier keer de standaard cd-kwaliteit, wat misschien wat overdreven lijkt. Het gebruik van deze bemonsteringsfrequentie kan echter nuttig zijn als u van plan bent uw opnamen aanzienlijk te vertragen, omdat ze zelfs op halve snelheid een hi-res audiokwaliteit behouden.

Nogmaals, het verschil tussen deze sample rates kan zeer subtiel zijn. Hoewel veel geluidstechnici geloven dat het van fundamenteel belang is om zoveel mogelijk informatie van de originele opname te verkrijgen om een echt authentiek geluid na te bootsen.

Deze aanpak is ook mogelijk dankzij de enorme verbetering van de technologie die we de afgelopen tien jaar hebben meegemaakt. De opslagruimte en verwerkingsmogelijkheden van thuiscomputers hebben het potentieel van wat we ermee kunnen doen enorm vergroot. Dus waarom zouden we niet het beste maken van wat we tot onze beschikking hebben?

Hier zit het addertje onder het gras: het risico bestaat dat uw pc overbelast raakt en uw CPU-gebruik onnodig wordt belast. Tenzij u duidelijk een verschil hoort in de kwaliteit van uw opnamen, raad ik daarom aan te kiezen voor de standaard sample rates die al jaren worden gebruikt en onberispelijke resultaten opleveren.

Welke Sample Rate moet u gebruiken bij het opnemen?

Er zijn twee antwoorden op deze vraag, een eenvoudige en een meer gecompliceerde. Laten we beginnen met het eerste.

In het algemeen is opnemen op 44,1kHz een veilige optie die u opnamen van hoge kwaliteit oplevert, ongeacht het soort audioproject waaraan u werkt. 44,1kHz is de meest gebruikelijke bemonsteringsfrequentie voor muziek-cd's. Hiermee wordt het hele hoorbare frequentiespectrum nauwkeurig vastgelegd.

Deze sample-rate is ideaal omdat het niet veel schijfruimte of meer CPU-kracht gebruikt. Toch levert het nog steeds het authentieke geluid dat u nodig hebt voor uw professionele opnamen.

Werk je in de filmindustrie, dan is de beste sample rate 48 kHz, omdat dat de industriestandaard is. In termen van audiokwaliteit is er geen verschil tussen deze twee sample rates.

Nu komt het ingewikkelder antwoord. Door elk detail van een opname vast te leggen, zorgt u ervoor dat de audio identiek is aan het oorspronkelijke geluid. Als u een album opneemt, kunnen de audiofrequenties zo gemoduleerd en aangepast worden dat de ultrasone frequenties de hoorbare subtiel kunnen beïnvloeden.

Als je genoeg ervaring hebt en je apparatuur je in staat stelt om zonder problemen op te nemen met een hoge sample rate, moet je het eens proberen. De vraag of de geluidskwaliteit verbetert met hogere sample rates is nog steeds discutabel. Het kan zijn dat je geen verschil hoort, of dat je merkt dat je muziek nu dieper en rijker is. Ik stel voor dat je alle sample rates probeert en zelf hoort of er iets verandert.

Als u van plan bent uw opnamen aanzienlijk te vertragen, moet u zeker hogere bemonsteringsfrequenties proberen. Sommige technici beweren dat ze het verschil horen tussen standaard en hogere bemonsteringsfrequenties. Maar zelfs als ze dat deden, is het verschil in kwaliteit zo verwaarloosbaar dat 99,9% van de luisteraars het niet zal merken.

De Sample Rate aanpassen in je DAW

Elke DAW is anders, maar degenen die de mogelijkheid bieden om de sample rate te veranderen, doen dat op enigszins vergelijkbare manieren. Voor zover ik weet, kun je de sample rate veranderen op alle meest populaire digitale audio werkstations, zoals Ableton, FL Studio, Studio One, Cubase, Pro Tools en Reaper. Zelfs de gratis software Audacity maakt het mogelijk om de sample rate te veranderen.

In de meeste gevallen kun je de sample rate van je DAW aanpassen in de audiovoorkeuren. Van daaruit kun je de sample rate handmatig wijzigen en de bijgewerkte instellingen opslaan. Sommige DAW's detecteren automatisch de optimale sample rate, meestal 44,1kHz of 96 kHz.

Ik raad u aan een paar tests te doen voordat u begint met opnemen. Het verhogen van de sample rate zal ongetwijfeld de latentie en de kans op aliasing verminderen. Maar het zal ook uw CPU extra belasten. U zult ook eindigen met veel grotere bestanden. Op de lange termijn kan dit de prestaties van uw computer beïnvloeden door minder schijfruimte.

Als u de bemonsteringsfrequentie wilt verlagen, zorg er dan voor dat u niet onder 44,1kHz komt, volgens het hierboven besproken Nyquist-frequentie theorema.

Wat u ook doet, u moet ervoor zorgen dat alle hoorbare frequenties nauwkeurig worden vastgelegd. Al het andere heeft een minimale invloed op uw audio of kan tijdens de postproductie worden hersteld.

Misschien wilt u ook: Beste DAW voor iPad

Laatste gedachten

Als u een thuisopnamestudio hebt, is het kiezen van de bemonsteringsfrequentie een van de eerste beslissingen die u moet nemen voordat u geluiden opneemt.

Als muzikant stel ik voor te beginnen met de gemakkelijkste, meest gebruikte bemonsteringsfrequentie: 44,1kHz. Deze bemonsteringsfrequentie vangt het hele menselijke gehoorspectrum, neemt niet veel schijfruimte in beslag en overbelast je CPU niet. Maar aan de andere kant heeft het geen zin om op 192KHz op te nemen en je laptop om de twee minuten te laten vastlopen, nietwaar?

Professionele opnamestudio's kunnen opnemen met 96kHz of zelfs 192kHz, en dan later resamplen naar 44,1kHz om te voldoen aan de industrienormen. Zelfs audio-interfaces die worden gebruikt voor thuisopnames staan sample rates tot 192kHz toe. Bovendien bieden de meeste DAW's de mogelijkheid om de sample rate dienovereenkomstig aan te passen voordat u begint met opnemen.

Naarmate de technologie voortschrijdt, kunnen bemonsteringsfrequenties met een hogere resolutie populairder worden. De algehele verbetering in termen van audiokwaliteit blijft echter discutabel. Kortom, zolang u niet lager gaat dan 44,1kHz, zit u helemaal goed.

Als u net met audio begint te werken, raad ik u aan de meest gebruikelijke sample rates te gebruiken. Als u dan verder komt en meer vertrouwd raakt met uw apparatuur, kunt u hogere sample rates proberen. Kijk of het gebruik daarvan een werkelijke, meetbare invloed heeft op de geluidskwaliteit.

Zo niet, bespaar uzelf de moeite en ga voor 44,1kHz. Als de normen voor audiokwaliteit veranderen, kunt u uw audiomateriaal in de toekomst altijd upsamplen. Upsamplen is een grotendeels geautomatiseerd proces dat geen negatieve invloed heeft op de algemene kwaliteit van uw geluid.

Veel geluk!